エンドユーザーコンピューティングⅠ

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1 ネットワーク基盤技術 (4) 大江将史 /NAOJ おおえまさふみ NB-04 1

2 本日のテーマ ネットワークの階層化を理解する LAN ケーブルから WEB まで 今日の資料 NB-04 2

3 インターネットは? パソコンや携帯電話 テレビなどなどいっぱいつながってた集合体 = インターネット 世界中でお互いにつながっている NB-04 3

4 インターネット上のプロトコル ( 規格 ) IP プロトコルと IP アドレス インターネット上で通信するための共通のルール IP アドレス = a.b.c.d/x (IPv4) ネットワークアドレス サブネット ブロードキャストアドレス インターネットは いろんなネットワークが集まった集合体 ネットワークは ネットワークアドレスで識別できる /24 と /24 は異なるネットワーク ネットワークとネットワークをつなぐ = ルーター NB-04 4

5 ブロードキャスト (broadcast) アドレ ス そのネットワークアドレス全体に呼びかけるアドレス ブロードキャストアドレスを使った通信 = ブロードキャスト = 放送みたいなもの 皆さん聞いてください 皆さんの中で なになにを知ってる人こたえてください ユニキャスト (Uni-cast) あなたと通信したいんです = ブロードキャストアドレスへの通信は? NB-04 5

6 IP アドレス IP アドレス の人と通信したい! IP アドレスにて ネット上で各ノード ( パソコンなど ) を識別する IP アドレス IP アドレス NB-04 6

7 Traceroute によって ネットワーク の構成や距離がわかる 1 Local.gateway ve-51.cisco2.notemachi.wide.ad.jp ve-5.foundry6.otemachi.wide.ad.jp 2 3 pc6.fumi.org 省略 softbank bbtec.net 13 NB-04 7

8 IP アドレスの構成 IP アドレスの構成 ネットワークアドレス : ネットワーク を識別 ホストアドレス : ネットワークに接続されたホストを識別 ネットワーク部とホスト部の仕切りの表現 の 24 ビットがネットワークアドレスの場合 /24 と表現 / と表現 ネットワーク部分 (24ビット分) を1でうめ ホスト部分 8ビット分を0で埋めた値を a.b.c.d 形式にして使う 24 ビット 8 ビット ネットワーク部 ホスト部 NB-04 8

9 ネットワークの数ネットワーク当た りのホストの数 ネットワークアドレス長 ( サブネット長 ) /24 /25 /25 /26 /26 /26 /26 /27 /27 /27 /27 /27 /27 /27 /27 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 /28 /29 /29 サブネットの長さとそのサブネット当たりのホストの数 細分化するとホスト数にムダが出る /24 を半分 =/25 x 2 /25 を半分に分割 =/24 x 2 /24=/25 x2 = /26 x4 /28 /29 /29 /28 /29 /29 NB-04 9

10 階層化と各層の役割 NB-04 10

11 ホスト A WWW の通信例 WWW ブラウザ ホスト B WWW サーバ Web ページ LAN ケーブル ハブ 無線 LAN *) ホスト : 通信するコンピュータなどをさす ルーター NB-04 11

12 つながるには 共通の 規格 が必要 たった一つのクリックも みんながプロトコル ( 規格 ) に合ってないとつながらない LAN ケーブルやハブをつなぐ規格 有線 LAN IEEE802.3 無線 LAN IEEE ルータと通信する規格 ルータ同士が通信する規格 IP/IPv6 アプリケーションがアプリケーション間で通信するための規格 TCP や UDP アプリケーション同士の通信で 情報を伝えあうための規格 HTTP や メール (SMTP) HTML など NB-04 12

13 規格の階層化 (Layer) という考え方 インターネットプロトコル群 (Internet Protocol Suite) は 各規格 (Protocol) の担う役割に合わせて 層 (Layer) で分けられている アプリケーション層 WWW(HTTP/HTML) や メール (SMTP/POP) など トランスポート層 TCP とか UDP とか インターネット層 IP プロトコル IPv6 プロトコル リンクレイヤ層 有線 LAN(IEEE802.3) 無線 LAN(IEEE802.11) とか + 物理層 LAN ケーブルとか : UTP/CAT5 RJ45 MMF SMF 等々 NB-04 13

14 階層化のなぜ? 階層化によって役割分担の明確化と参照が容易になるようになっている 他と共通でつかえるものは共通化したものをつかい 独自の部分は独自に分担してもつようなイメージ 役割分担には上下関係がある 上は 下を活用する 層を飛び越えない 例 アプリケーション トランスポート インターネット リンクレイヤー WEB ブラウザでの通信のために LAN ケーブルまで定める必要があるか? ない WEB ブラウザは 情報の表示 が大事なのであって 情報を交換する 部分とか WEB ブラウザが動くパソコンまで定める必要はない つまり それらは 他人任せ (= 共通化したものをつかえばよい ) NB-04 14

15 インターネットプロトコル群と 4 層 アプリケーション層 トランスポート層 インターネット層 データリンク層 (+ 物理層 ) 各層が 下の層 ( 下位層 ) を参照 ( 使う ) する 各層毎にさまざまな規格が存在する 上下層の関係がある ( 一般に ) アプリケーション層は トランスポート層なしに インターネット層をつかわない データリンク層の下には 物理層がある ケーブルとか 光ファイバなど NB-04 15

16 データリンク層のお話 有線 LAN IEEE 規格が有名 = イーサーネット (Ethernet) とよばれるもの ハブとか スイッチングハブとか LAN ケーブルとか IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers : ( 米国 ) 電子電気技術者協会 ) ワーキンググループ ( 作業分科会 ) が策定 速度に応じたいろんな規格が存在 NB-04 16

17 IEEE802.3 規格いろいろ 標準化規格名前備考 IEEE802.3ab 1000Base-T 1Gbps=1000Mbps ギガビットイーサ ネット IEEE802.3u 100Base-TX 100Mbpsファスト イーサーネット IEEE802.3an 10GBase-T 10Gbps=10000Mbp s IEEE802.3ae 10GBase-R/W/X SR/LR/ER SW/LW/EW LX4 10Gbps UTP ケーブルケーブル長 100m UTP ケーブルケーブル長 100m UTP 100m 光ファイバで 300m~40Km NB-04 17

18 無線 LAN: 規格 無線 LAN (Wifi) 規格 標準化規格 速度 備考 IEEE802.11b 11Mbps 2.4GHz 帯 IEEE802.11g 54Mbps 2.4GHz 帯 主流 IEEE802.11a 54Mbps 5GHz 帯 パソコン IEEE802.11n 300+Mbps 2.4GHz 帯 &5GHz 帯 最近のパソコン NB-04 18

19 いろいろ (IEEE 以外も ) モデム 電話線で接続 xdsl ADSL など SONET(SDH) ネットワークの裏方で活躍 FDDI 終焉 100Mbps/ リング型接続 様々な規格があり 普段は見ない物も沢山 ネットワーク プロバイダなどでしか使わない規格なども NB-04 19

20 インターネット層 インターネットの中心的存在 IPv4 プロトコル (IETF RFC791) IETF: Internet Engineering Task Force インターネットに関連 ( 主にインターネット層以上 ) する技術 仕様の標準化を行なう組織 IPv6(RFC2460) IP を使用する規格 ICMP: 誤り通知や管理のために使用 例 ) Ping コマンド IPsec : 暗号化通信 ARP: データリンク層とインターネット層間の橋渡し トランスポート層 インターネット層 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等々 データリンク層 NB-04 20

21 トランスポート層 TCP: Transmission Control Protocol RFC793 3 ウエイハンドシェーク 相手と情報を伝える専用の仮想パイプをつくるような感じ 信頼性のある通信路を実現 情報が届かないときは もう一度送る機能 双方向通信 お互いに情報を送信可能 TCP NB-04 21

22 TCP の要約 3 ウェイハンドシェーク ホスト A とホスト B がお互いに相手を確認して接続する 情報を交換する 切断する NB-04 22

23 TCP の要約 信頼性が高い : 再送制御 送り手 (A) : 送りたい情報 ( データ ) を小分けにして 番号を振って 送る 受け手 (B): 送り手へ 届いたデータの番号を伝える 送り手は 番号を受け取ることで 受け取り状況がわかる 受け取れなかった情報は もう一度送る ( 再送 ) 情報を確実に送ることができる A B A B NB-04 23

24 UDP UDP: User Datagram Protocol RFC768 相手へ一方的に送るプロトコル 再送とか 接続 ( 相手の確認 ) はなし そのようなことが必要なら アプリケーション層で対応しないといけない TCP にくらべて 信頼性はないが 効率がよい 速い 電話とか 映像とかの送信に使用される 損失が厳密でないときとか 効率が優先されるときとか NB-04 24

25 層のおさらい アプリケーション層は 各層の最上位にあり アプリケーション層からの通信は すべての層を通っていきます アプリケーション層 WWW/MAIL 等 トランスポート層 TCP UDP 等 インターネット層 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等 データリンク層 ( 無線 LAN) 802.3( 有線 LAN) 等 NB-04 25

26 具体例 パソコンなど アプリケーション層 OS 上のアプリケーションなど OS 等に内蔵されている部分 WWW/MAIL 等 トランスポート層 TCP UDP 等 インターネット層 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等 データリンク層 ハブなど ( 無線 LAN) 802.3( 有線 LAN) 等 NB-04 26

27 IE などの WWW ブラウザの例 パソコンなど アプリケーション層 OS 上のアプリケーションなど OS 等に内蔵されている部分 WWW ブラウザ (IE 等 ) トランスポート層 TCP : 信頼性のある双方向通信 インターネット層 IPv4 or IPv6 : 相手方に合わせたプロトコル データリンク層 無線 LAN アクセスポイントなど 内蔵無線 LAN NB-04 27

28 H.264 映像伝送装置 IP-9500 放送局等で ハイビジョン映像 H264 で圧縮してを IP 上で送信する装置 専用ハードウエアとアプリケーション アプリケーション層 映像入力 I/F 画像圧縮 伸張機能 (H.264) トランスポート層 専用の OS UDP : 効率のよい伝送 一方向通信 インターネット層 IPv4( 相手方次第 ) データリンク層 ハブなど ギガビットイーサーネット (IEEE802.3) NB-04 28

29 異なるホストの層どうしの通信 同じ層の同じプロトコル間で通信する TCP TCP, IP IP 等 アプリケーション層 WWW/MAIL 等 WWW の通信 アプリケーション層 WWW/MAIL 等 トランスポート層 TCP UDP 等 TCP の通信 トランスポート層 TCP UDP 等 インターネット層 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等 IP の通信 インターネット層 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等 データリンク層 ( 無線 LAN) 802.3( 有線 LAN) 等 ホスト A イーサーネットの通信 データリンク層 ( 無線 LAN) 802.3( 有線 LAN) 等 ホスト B NB-04 29

30 層どうしの通信 (2) 同じ層間の通信は 下の層を経由して行われる 例 )TCP IPv4 有線 LAN 有線 LAN IPv4 TCP アプリケーション層 WWW/MAIL 等 トランスポート層 TCP UDP 等 インターネット層 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等 データリンク層 ( 無線 LAN) 802.3( 有線 LAN) 等 ホスト A アプリケーション層 トランスポート層 インターネット層 データリンク層 WWW/MAIL 等 TCP UDP 等 IPv4 IPv6 ICMP IPsec ARP 等 ホスト B ( 無線 LAN) 802.3( 有線 LAN) 等 NB-04 30

31 階層とネットワークアドレス セグメントとネットワークアドレス データリンク層内において通信可能な範囲をセグメントという 同じセグメント内のコンピュータ ( ホスト ) は 直接お互いに通信できる Ethernet の場合 ハブ 経由や直接ホストどおしなどで接続する インターネット層では データリンク層のセグメントに対して ネットワークアドレスを割り当て そのセグメント上において個々を識別するためにホストアドレスを割り当てている ネットワークアドレス + ホストアドレス =IP アドレス ホスト アプリケーション層 トランスポート層 ホスト アプリケーション層 トランスポート層 インターネット層インターネット層 /24.2 データリンク層データリンク層ハブ *IP アドレス個々のホストアドレスネットワークアドレス セグメント NB-04 31

32 階層とネットワークアドレス 異なるセグメント ( ネットワークアドレス間 ) の場合 データリンク層同士の通信は できない むろん インターネット層同士も異なるセグメント間 ( ネットワークアドレス間 ) では通信できない アプリケーション層 アプリケーション層 アプリケーション層 アプリケーション層 トランスポート層 トランスポート層 トランスポート層 トランスポート層 インターネット層 ハブ インターネット層 インターネット層 インターネット層 データリンク層 データリンク層 データリンク層 セグメント 1 セグメント 2 データリンク層 NB-04 32

33 ネットワーク間の橋渡し : ルータ ( 前回 ) 違うネットワークアドレス (A~B) 間の通信には ルータ が必要になります ルーターにもアドレスが必要です ネットワーク A ネットワークアドレス /24 ルーター ネットワーク B ネットワークアドレス /24 ホストアドレス NB-04 33

34 階層の橋渡し ルータ 異なるセグメント ( ネットワークアドレス間 ) にはルータが橋渡し アプリケーション層 アプリケーション層 アプリケーション層 アプリケーション層 トランスポート層 トランスポート層 トランスポート層 トランスポート層 インターネット層 インターネット層 インターネット層 データリンク層 インターネット層 インターネット層 データリンク層 データリンク層 データリンク層 データリンク層 セグメント 1 セグメント 2 NB-04 34

35 データリンク層のアドレス データリンク層にも MAC アドレス がつき 各ホストなどを識別できる IPアドレス=インターネット層の識別子 MACアドレス=データリンク層の識別子 52bit で aa:bb:cc:dd:ee:ff 16 進数で表現する» 0~9,a,b,c,d,e,f =16 種類 0=>1..=>9=>a=>b=>c..=>f 桁上がり» 16 進数 FF=10 進数 255 電卓で計算可能 Ipconfig /all コマンドで確認できる NB-04 35

36 WWW の通信 + 階層化 WWW サーバ パソコンとか WWW ブラウザ Web ページ LAN ケーブル ハブ 無線 LAN ルーター NB-04 36

37 アプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層 WWW の場合 NB アプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層アプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層アプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層アプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層インターネット

38 パソコンの IP アドレスを確認する c コマンドプロンプト (cmd.exe) を起動 Win + R キーを押す ファイル名と指定して実行 が表示されるので, 名前に cmd と入力して,OK クリック NB-04 38

39 パソコンの IP アドレスを確認する ipconfig と入力して, エンターキーを押す いろいろ表示される. 右のスクロールバーを操作して,IP アドレスを確認する. NB-04 39

40 パソコンの IP アドレスを確認する 右下通知領域のアンテナバー ( 有線 LAN 接続の b っ児, アイコンがかわる ) のアイコンを右クリックして, ネットワークと共有センタ をえらんで, クリック. NB-04 40

41 パソコンの IP アドレスを確認する 詳細をクリックで確認 NB-04 41

42 Hands-on : 階層化されているトラ フィックを観測する Tcpdump/wireshark : パケットアナライザーソフト 通信している内容を見ることができるツール 障害時などのデバッグで必要になるツール NB-04 42

43 Wireshark のインストール方法 クリック NB-04 43

44 Wireshark のインストール OS に応じて, ファイルをダウンロードし 実行する ダブルクリックして実行 NB-04 44

45 粛々と Next や I agree をクリックして 進める NB-04 45

46 指示通りにインストールを継続 ( デフォルトで OK) NB-04 46

47 Hands-on: wireshark をつかって 自 分の PC の通信を観測する ノートパソコンがどんなところへ どんな通信をしているのかをのぞいてみる クリックしていないときもいろんな通信があることがわかる NB-04 47

48 スタートメニューから起動 観測したいネットワークインターフェースを選ぶ Description( 名前 ) Packets 数や IP を参考に観測したい列の start を押す NB-04 48

49 TCP3 ウェイハンドシェークがみえる NB-04 49

50 通し番号 時間 どこから (Source) からどこへ (destination) プロトコル (Protocol) 内容の要約 リアルタイムに表示 各層ごとの詳細情報 実際のデータ (16 進数と テキスト文字表示 ) NB-04 50

51 観測を止めるとき 押す ( スクロールがとまる ) 各層の状況がわかる データリンク層 : Ethernet インターネット層 : Internet Protocol トランスポート層 : TCP: Transmission Control Protocol アプリケーション層 : HTTP(Hypertext Transfer Protocol) NB-04 51

52 Tips 使いこなせると トラブルの原因が簡単にわかります スクロールが流れるので ある程度で停止してみるとよい 詳しい設定多数あるが 今後 随時教えます 観測記録は 保存することが可能で あとでみることもできます File Save / Save As 保存せずに 観測を再スタート ソフトの終了をすると 保存するかの問い合わせがあります ) 保存保存しない観測をしない NB-04 52

53 おしまい NB-04 53